Modélisation de la diffusion de l'hydrogène dans le nickel en présence de défauts h/f

L’hydrogène moléculaire H2 est un vecteur d’énergie alternatif aux énergies fossiles traditionnelles, gaz ou pétrole. Il pourrait répondre aux défis énergétiques et environnementaux actuels, c’est-à-dire au besoin de stockage de l’énergie produite par des moyens intermittents comme l’éolien ou le photovoltaïque ou de l’excès d’énergie produite par la filière nucléaire, sans produire de gaz à effet de serre lors de son utilisation. Néanmoins, son stockage et son transport en toute sécurité est une des clefs de son utilisation. Les conteneurs ou les canalisations qui véhiculent l’hydrogène doivent être étanches et conserver leur intégrité dans le temps. Comprendre et prédire le comportement de l’hydrogène dans les alliages des conteneurs/canalisations et les dégradations mécaniques associées – comme la fragilisation – est dès lors crucial pour le développement de la filière hydrogène.

Si de nombreux travaux expérimentaux ont permis d’identifier la fissuration par hydrogène comme étant à l’origine des dégradations des alliages exposés à l’hydrogène, de larges zones d’ombre subsistent encore sur les mécanismes à l’œuvre du fait de difficultés expérimentales et de la grande variabilité des phénomènes observées. Par ailleurs, le transport et le piégeage de l’hydrogène préalable aux dégradations mécaniques sont mal connus et peu documentés à l’échelle nanométrique.

L’objectif du stage est d’explorer numériquement les mécanismes de transport / piégeage de l’hydrogène dans les alliages austénitiques, et de sa distribution en volume, en amont de la fissuration pour être capable de rendre compte et d’expliquer les observations expérimentales.

Le stage sera dédié à l’étude du nickel pur, système modèle des austénitiques et sera conduit à l’aide de simulations de dynamique moléculaire en potentiels empiriques. L’étude portera sur l’impact de défauts de toutes natures (lacunes, interstitiels, dislocations, joints de grains) sur la diffusion et le piégeage de l’hydrogène. Le travail se déclinera en plusieurs étapes :

- Préparation des différentes configurations de défauts (lacunes, interstitiels, dislocations, joints de grains)

- Calcul du piégeage de l’hydrogène dans ces défauts (énergies de liaison notamment)

- Impact sur le coefficient de diffusion de l’hydrogène, en fonction de la nature du défaut et de sa concentration, de la concentration en hydrogène et de la température.